Tipos de mancais sem contato em turbocompressores

Os rolamentos desempenham um papel crítico em qualquer peça de máquina rotativa. Eles não apenas suportam a carga do conjunto do eixo rotativo, mas também atenuam o atrito gerado entre as partes móveis e estacionárias. Tipos comuns de rolamentos incluem rolamentos de esferas tradicionais, rolamentos de rolos e rolamentos de rolos cônicos. Esses rolamentos são aceitáveis ​​para equipamentos que operam em velocidades normais, mas são limitados para operar em velocidades muito altas devido à quantidade de calor gerado. Para operar máquinas rotativas a mais de 10.000 rotações por minuto (RPM), é necessária uma solução diferente para evitar falhas prematuras.

Digite rolamentos sem contato. Como o nome sugere, esses rolamentos permitem que o conjunto rotativo seja apoiado sem entrar em contato com nenhuma outra superfície. Os rolamentos sem contato oferecem a maior eficiência, eliminando as perdas típicas do rolamento devido ao atrito entre os corpos rolantes. Existem dois tipos principais de rolamentos sem contato:rolamentos de fluido e rolamentos magnéticos.

Os rolamentos de fluido são ainda divididos em rolamentos hidrônicos ou hidrostáticos. Em ambos os tipos, um fluido como óleo, água ou ar é usado como meio de suporte. Os rolamentos do tipo estático utilizam fluido pressurizado externamente de uma bomba para suportar o eixo. Os rolamentos dinâmicos contam com o conjunto rotativo de alta velocidade para criar uma cunha pressurizada entre o eixo e a superfície do rolamento. Para este artigo, vamos nos concentrar nos mancais de fluido do tipo folha de ar e nos mancais magnéticos como opções para turbocompressores de alta velocidade. Vamos dar uma olhada em como esses rolamentos funcionam e as vantagens que eles oferecem.

Air Foil Bearings

Os mancais de folha de ar funcionam em parte devido à condição antiderrapante dos fluidos. À medida que um eixo giratório aumenta em velocidade, as moléculas de ar aderem ao eixo e são eventualmente puxadas para baixo para formar uma almofada de ar de suporte. Esta almofada separa o eixo e os componentes circundantes e permite que o eixo gire livremente. O outro componente necessário para o rolamento de ar é a folha de ar e a estrutura de mola de suporte que dá ao rolamento sua capacidade de carga.

Os mancais de folha de ar têm a vantagem de não precisar de nenhuma bomba ou compressor externo para pressurizar o ar. As folhas consistem em pedaços finos de aço de alta temperatura que são formados na estrutura adequada da folha. Isso significa que os rolamentos oferecem as vantagens de nenhum contato durante a operação e capacidade de carga decente a um custo de fabricação muito baixo.

Uma desvantagem dos rolamentos de folha de ar é uma capacidade de carga menor do que os rolamentos de rolos tradicionais. Isso significa que os conjuntos de eixo suportados devem ser menores do que aqueles suportados por rolamentos de rolos. Por esse motivo, as máquinas que usam esse tipo de rolamento são limitadas a algumas centenas de cavalos de potência. Embora os mancais de ar não tenham contato durante a operação normal, eles têm contato durante os períodos de partida e parada da operação do maquinário. Este período de fricção de deslizamento é geralmente aliviado pela aplicação de um revestimento antiaderente, como o Teflon, na superfície superior da folha. No entanto, o revestimento eventualmente se desgastará até que o atrito durante as partidas e paradas seja muito alto e os rolamentos falhem.

Mancais magnéticos

Os rolamentos magnéticos funcionam usando eletroímãs para levitar o rotor durante a operação. A corrente é injetada em um conjunto de bobinas ao redor do rotor que atraem o eixo para cada bobina quando ativo. Além da levitação geral, a corrente injetada é usada para manter o rotor girando sobre o centro de seu eixo para evitar o contato com as partes estacionárias. A alta velocidade de rotação significa que a posição do eixo deve ser analisada a uma taxa muito alta para injetar corrente nas bobinas adequadas e manter o eixo girando no lugar. Isso requer um controlador de rolamento avançado.

Os rolamentos magnéticos têm várias vantagens. Primeiro, não há desgaste mecânico mesmo durante as operações de partida e parada. Portanto, não há vida prática em fadiga para esse tipo de rolamento. Além disso, turbomáquinas que sofrem surtos podem ser protegidas contra danos durante surtos. Os rolamentos magnéticos podem detectar ativamente as forças de surto e injetar corrente para manter o eixo girando em seu eixo. A desvantagem vem do custo extra dos conjuntos de bobina magnética e controlador de rolamento ativo. Em resumo, a maior longevidade e confiabilidade dos rolamentos magnéticos tem um preço mais alto para o conjunto do rolamento.

Os sopradores que utilizam rolamentos sem contato podem ser mais caros, mas oferecem a maior eficiência e ROI na forma de economia de energia, eliminando as tradicionais perdas por atrito do rolamento. Entre em contato com um de nossos especialistas para saber quanto você pode economizar instalando uma máquina com eficiência energética.